쾌속 성형법(Rapid Prototyping)

소개글

쾌속 성형법(Rapid Prototyping)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

 쾌속 성형법(Rapid Prototyping)


1. 개요

2. 쾌속 성형 법에 의한 세라믹스 부품 제조 예
▶ 세라믹스 융착법에 의한 질화규소 부품 제조
▶ CerLOMTM을 이용한 세라믹스 복합체 제조
▶ 3DP를 이용한 부품제조
▶ CAM-LEM을 이용한 세라믹스 부품제조

3. 래피드 프로토타이핑의 신기술
- 오피스 모델러
- Actua 2100(3D시스템즈)
- Genisys(스트라타시스)
- Personal Modeler(BPM테크놀로지)
- Chord Height
- STL Viewers

4. 신기술 동향

본문내용

스템 내에 설정된 분해능을 기준으로 하여 생성되며, 원하는 크기로 크거나 작게 할 수 있다.
대개 삼각형의 크기가 작을수록 곡면의 분해능 및 부품의 정밀도가 높아진다. 반면에 삼각형의 크기가 커지면 성형 시간이 빨라지기는 하지만 크기가 너무 클 때에는 성형된 부품의 정밀도와 용도 및 제작 시간을 고려하여 적당한 분해능을 결정해야 한다.
- Chord Height
CAD 데이터를 STL화하는 과정에서 가장 중요한 인자는 현(Chord)의 높이로써 이는 STL화한 삼각형들과 실제 부품의 곡면상의 최대 거리차를 나타낸다. 상용 CAD 시스템 중에는 직접 현의 높이를 설정토록 하거나 또는 삼각형의 수를 늘리거나 줄이는 방법으로 현의 높이를 조절하여 STL 파일을 생성할 수 있는 시스템이 있는가 하면 또 다른 시스템은 현의 높이를 전혀 조절할 수 없는 것도 있다.
- STL Viewers
3D/EYE사의 트라이스펙티브(TriSpectives)와 지지대 생성 프로그램으로 유명한 브리지웍스(Bridgeworks)의 개발사인 솔리드 컨셉(Solid Concepts)사의 솔리드뷰(SolidView)가 있다. 가격은 트라이스펙티브가 500달러, 솔리드뷰가 1,995달러이지만 성능 측면에서는 솔리드뷰가 월등하다.
이외에도 벨기에의 머터리얼라이즈(Materialize)사의 매직(Magic)이 있으며 각 소프트웨어의 특징 및 기능이 다양하다. 또한 각 RP 장비에서는 자체적인 STL 뷰어(Viewer)가 내장되어 있다.
4. 신기술 동향
SLA 시스템즈에서의 Zephyr Recoating System : 기존의 시스템에서는 한 층의 성형시 수지의 점성으로 인한 문제점을 해결하기 위해 수지 통에 깊게 담갔다가(Deep Dip) 한 층을 성형할 만큼 위로 올린 다음 Doctor Blade로 수지의 표면을 쓸어서 과다한 수지를 제거하였다.
Zephyr Recoating System에서는 기존의 부품을 깊게 담그는 과정과 Doctor Blade 대신에 Vacuum-Fed Blade를 사용하여 부품 표면의 과다한 수지를 제거한 후 부품 위를 지나갈 때 얇은 수지막을 입혀주기 때문에 층과 층 사이의 성형 시간과 고립 체적(Trapped Volumn)과 관계된 문제들을 줄일 수 있다.
DTM 사의 폴라리스 시스템 : 신터스테이션(Sinterstation) 2500에 적용된 새로운 폴라리스(Polaris) 빔 주사 모듈로 인해 작업 속도와 정밀도를 향상시켰다. 폴라리스 시스템(Polaris System)의 특징 중 하나는 CO2 레이저를 Z축 방향으로 연속적으로 초점을 맞추도록 하는 것으로써, 성형물의 중앙에서는 물론 외곽의 모서리 부분에서도 우수한 정밀도를 보장하도록 한 것이다.
또한 Vector Bloom 현상을 제거했는데 Vector Bloom 현상이란 레이저의 주사 방향이 바뀔 때는 일반적으로 레이저의 주사 속도가 감소되었다가 다시 일정 속도로 이르게 되는데, 이때 목표물이 국부적으로 과열되어 정밀도가 저하되는 문제가 발생하는 것을 말한다.
이를 해결하기 위해 DTM사의 신터스테이션 2500은 레이저의 에너지가 주사 속도에 따라 조절되도록 하여 일정한 정밀도가 유지되도록 하였다. DTM사의 래피드툴 Laserite LM-6000이라는 새로운 소재는 열분해 접착 플라스틱 피복된 약 50 정도 직경의 저탄소강 입자들로 구성되어 있다. 중량비로는 99%가 탄소강이고 1% 정도가 접착제이다.
신터스테이션을 이용하여 접착제 피복 탄소강 입자들로 1차적으로 중간 형상(Green Part)을 만든 후에 이를 도가니 속에 설치하고 그 주위를 구리 조각으로 둘러싼다. 질소 70%, 수소 30% 정도의 대기압 하에서 섭씨 300∼400도로 유지되는 로 속에서 대략 5시간 정도 계속 가열하면 접착제 성분은 모두 녹아 제거된다.
이 로의 온도를 다시 섭씨 1080도로 상승시켜 도가니 속의 구리를 녹이면 그린 파트(Green Part)의 접착제가 제거되면서 형성된 탄소강 입자 사이의 빈 공간을 용융된 구리가 모세관 작용으로 흘러들어가 채우게 된다. 이상의 접착제 제거 및 용융 구리의 되채움 과정은 대략 2일 정도가 소요된다.
이렇게 처리된 제품은 무다공성(Non-porous)으로 대략 저탄소강 60%, 구리 40%의 조성비를 갖게 되어 결과적으로 알루미늄 7075와 비슷한 물성치를 보여 사출 몰드의 시작품으로는 알맞은 특성을 보인다. 최종 결과물은 0.005∼0.01인치의 정밀도를 유지한다.
다만, 표면에 계단 무늬나 그 밖의 불규칙한 무늬가 나타나기 때문에 최종적으로 표면 처리나 연마가 필요하다.
96 RP&M 컨퍼런스의 자료에 의하면 로이스빌(Louisville) 대학교의 Tin Gornet에 따르면 용침(Infiltration) 과정 전에 중간 부품(Green Part)를 사포질한 후 솔질을 하여 계단 무늬층을 없애면 RapidTool 공정으로 생산된 제품의 표면 마무리를 향상시킬 수 있었다고 하며, 구리의 비율을 높게 하여 래피드 툴(RapidTool) 부품을 용침하게 되면 부품의 표면에 니켈을 얇고 균일하게 도금할 수 있어 표면의 강도와 마무리가 개선된다.
앞으로 RP(최근에는 RP&M으로 의미가 확장)의 계속적인 발전은 RP가 지닌 제작 속도의 신속성 측면과 제작 자유도의 증가 측면에서는 긍정적으로 볼 수 있으나 RP용 소재의 열악한 물리적 성질, 고가의 장비 가격, RP 제품의 표면 거칠기 및 정밀도 등의 한계를 해결해야만 가능하리라 본다.
최근에는 워킹 샘플 제작에서 부품이 가지고 있는 특성에 따라 제작 방식을 달리하는 추세이다. 즉, 정밀하고 강성이 요구되는 부품은 CNC를 이용하고 빠른 납기를 요구하는 부품은 RP를, 일반적인 부품은 기존 방법을 적용한다.
이는 아직 RP가 가지고 있는 단점들이 확실히 극복되지 못했다는 간접적인 이유일 것이다. 하지만 불과 10년 사이에 이룩된 RP 기술의 발전 추이를 비추어볼 때 이런 한계들은 머지 않아 극복될 수 있다고 생각된다. 진정으로 설계자의 의도가 빠른 기간안에 그대로 표현되고 모든 공정에서 사용할 수 있는 날이 머지 않아 오기를 기대해 본다.

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